DE1241643B - Vorrichtung zur Ermittlung eines aerodynamischen Korrektur-Faktors - Google Patents

Description

DEUTSCHES ^TlW PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT GOlp

Deutsche Kl.: 42 k -12/06

Nummer: 1241643

Aktenzeichen: B 66071LX b/42 k

1241 643 Anmeldetag: 23. Februar 1962

Auslegetag: 1. Juni 1967

Das Hauptpatent betrifit eine Vorrichtung zur Ermittlung eines aerodynamischen Faktors, z. B. in Luftfahrzeugen, der von der Messung des statischen Atmosphärendruckes abhängt, wie Höhe, Grad der Höhenänderung bzw. Vertikalgeschwindigkeit und Luftgeschwindigkeit, wobei die Wirkung von auf aerodynamische Erscheinungen zurückgehenden Fehlern bei dieser Messung eliminiert wird, mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer ersten, den genannten Faktor darstellenden variablen Größe, die von dem fehlerhaften statischen Druck abgeleitet ist und einen ersten Näherungswert des genannten Faktors darstellt, einer Einrichtung zur Erzeugung einer zweiten variablen Größe aus der Feststellung der Machzahl, die den auf den Fehler bei der Messung des statischen Druckes zurückgehenden Fehler in dem genannten Faktor bei der gerade gemessenen Machzahl darstellt, und mit einer die zweite und die erste Größe algebraisch addierenden Einrichtung zum Erzeugen einer dritten variablen Größe, die den korrigierten Wert des genannten Faktors darstellt, wobei die Einrichtungen einschließlich der zur Feststellung der Machzahl mit einer dynamischen Druckquelle über ein Rohr verbundenen Manometerdose auf einem Support angeordnet sind.

Die genannten aerodynamischen Erscheinungen sind z. B. die Turbulenz und die Kompressibilität der Luft, die sich mit der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, in dem diese Messungen ausgeführt werden, verändern. Die Fehlereinflüsse wirken sich insbesondere im Grenzbereich der Überschallgeschwindigkeit aus.

Die Vorrichtung nach dem Hauptpatent kann weiterhin dadurch verbessert werden, daß eine Korrektur für den Bodendruck eingeführt wird. Bekanntlieh beruht die Anzeige bei dem Höhenmesser auf einer Messung des barometrischen Druckes, die der Höhe über dem mittleren Meeresspiegel und nicht der Höhe über dem Boden entspricht. Für die Landung des Flugzeuges ist jedoch die Höhe über dem Boden und insbesondere die Bodenhöhe der Landebahn von Interesse.

Es ist bereits bekannt (USA.-Patentschrift 1 970 544) einen barometrischen Höhenmesser mit einer Vorrichtung zu versehen, die es gestattet, z. B. mit Hilfe eines auf der Skala des Instrumentes angeordneten Knopfes, die relative Lage zwischen dem Zeiger und der Skala zu verändern, um so den am Boden herrschenden atmosphärischen Druck zu berücksichtigen, der sich aus der Höhe über dem Meeresspiegel und den meteorologischen Veränderungen ergibt. Infolge dieser Verstellung läßt sich Vorrichtung zur Ermittlung eines
aerodynamischen Korrektur-Faktors

Zusatz zum Patent: 1203 506

Anmelder:

The Bendix Corporation,
Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:

Carl Einar Johanson, Davenport, la. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 24. Februar 1961 (91386)

am Höhenmesser unmittelbar die Bodenhöhe ablesen.

Ferner ist es bekannt (deutsche Patentschrift 704 465), bei einem Höhenmesser zur Einstellung auf die Bezugshöhe durch einen Betätigungsknopf das gesamte Meßwerk um eine zum äußeren Gehäuse zentrische Achse zu drehen, die mit der Zeigerachse koaxial ist. Dabei werden lediglich die Höhenzeiger gegenüber der Bezugsanzeige verdreht.

Die Weiterbildung der Erfindung betrifft die Vorrichtung der eingangs geschilderten Art, die ferner mit einer Anordnung zum Einstellen der Vorrichtung auf eine Bodenhöhe als Bezugswert und zum Anzeigen des Bezugswertes vorgesehen ist, zu welchem Zweck der Support gegenüber dem Gehäuse der Vorrichtung um die geometrische Achse der zur Abnahme der dritten variablen Größe dienenden Welle mittels eines Differentialgetriebes drehbar ist, dessen einer Eingang entsprechend dem Bezugswert betätigbar ist.

Die der Weiterbildung der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Anschluß für das mit einer dynamischen Druckquelle, z. B. einem Pitotrohr, verbundene Rohr an die auf dem drehbaren Support angeordnete Manometerdose herzu-

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stellen. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das an die Manometerdose angeschlossene Rohrstück elastisch und in mehreren schraubenförmigen Windungen koaxial zur Drehachse des Supportes aufgewickelt ist. Dadurch wird der Vorteil 5 vermittelt, daß das bei der Verdrehung des Supportes auftretende Spiel von den schraubenförmigen Windungen des Rohrstücks aufgenommen wird. Ferner kann die Einstellung der Welle unabhängig von der Erzeugung der ersten und zweiten variablen Größe erfolgen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert. In der perspektivischen auseinandergezogenen Darstellung der Zeichnung sind einige Bauteile zur besseren Erkennbarkeit vergrößert dargestellt.

Der in der Zeichnung dargestellte Höhenmesser entspricht im Prinzip dem Höhenmesser gemäß F i g. 3 des Hauptpatentes. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird jedoch eine zweidimensionale Nockenscheibe (wie bei dem Anemometer gemäß F i g. 5 des Hauptpatentes) und nicht eine dreidimensionale Nockenscheibe, wie bei dem Höhenmesser gemäß F i g. 3 des Hauptpatentes, verwendet. Die Zeichnung zeigt die einzelnen Elemente des Höhenmessers wesentlich genauer als die entsprechende Zeichnung des Hauptpatentes. In der folgenden Beschreibung wird, um den Vergleich zu erleichtern, nach Möglichkeit auf die in der Beschreibung des Hauptpatentes verwendeten Ausdrücke zurückgegriffen.

Der dargestellte Höhenmesser umfaßt ein dichtes Gehäuse 11, das über eine Öffnung 12 und eine nicht dargestellte Leitung mit dem Aufnahmeorgan für den statischen Druck des Luftfahrzeuges, in dem das Instrument angeordnet ist, verbunden ist.

In dem Gehäuse ist um eine Längsachse drehbar ein Support 14 angeordnet, von dem in der Zeichnung nur Teile dargestellt sind. Die Hauptorgane des Instrumentes werden, wie bei dem Höhenmesser nach dem Hauptpatent, von diesem Support getragen und drehen sich mit ihm.

Auf diesem Support sind drei Barometerkapseln 24, 25 und 22 angeordnet. Jede dieser Kapseln, deren Inneres evakuiert sein kann oder auch nicht, deformiert sich als Funktion der Veränderungen des statischen Druckes, dem die äußeren Flächen dieser Kapseln ausgesetzt sind.

Jede der Kapseln 24, 25 ist über eine Verbindung mit einem Schwingarm 30 bzw. 31 und einen Bimetallstreifen 32 bzw. 34 mit einem Hebel 35 bzw. 36 verbunden, der auf einer in dem Support 14 umlaufenden Welle 26 befestigt ist. Bekanntlich ist es möglich, mit einem derartigen Mechanismus die in dem Hauptpatent angegebene Gleichung für die Höhe als Funktion des statischen Druckes und der Umgebungstemperatur zu lösen, so daß die Stellung der Welle 26 in erster Näherung ein Maß für die Höhe ist.

In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwei statische Kapseln 24 und 25 vorgesehen, deren Wirkungen sich addieren. Es ist selbstverständlich auch möglich, nur eine Kapsel vorzusehen.

Gemäß dem Hauptpatent wird die Verdrehung der Welle 26 korrigiert, um die Fehler zu berücksichtigen, mit denen die Messung des statischen Druckes als Funktion der Machzahl bei verschiedenen Höhen behaftet ist.

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Diese Korrektur wird durch einen Differentialmechanismus 28 eingeführt. Dieser Mechanismus besteht in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel aus einem Epizykloidengetriebe mit einem Eingangsplanetenrad, das durch ein auf der Welle 26 befestigtes Ritzel angetrieben wird, und einem Ausgangsplanetenrad, welches auf der in Verlängerung der Welle 26 montierten Ausgangswelle 29 befestigt ist. Diese Ausgangswelle dient zur Anzeige der korrigierten Höhe. Mit den beiden Planetenrädern stehen zwei Satellitenräder im Eingriff, die in einem besonderen Halterahmen 48 gelagert sind. An diesem Halterahmen 48 ist ein Arm 50 befestigt, auf den über eine Folgerolle ein Nocken 42 so einwirkt, daß er dem Halterahmen 48 als Funktion der Machzahl die erforderliche korrigierte Verdrehung erteilt. Durch ein Federblech 70 wird der Arm 50 gegen den Nocken 42 gepreßt. Ein mit einer Spiralfeder versehenes Ritzel 73 nimmt das Zahnspiel des Getriebes auf.

Der Nocken 42 ist auf einem Arm 46 befestigt, der sich in Funktion von der Machzahl verdreht. Diese kann, wie bekannt, als Funktion des Verhältnisses des Gesamtdrucks P_t zu dem statischen Druck P_s ausgedrückt werden. Um diesen Faktor zu bilden, verwendet man die beiden Kapseln 24 und 25 und die Kapsel 22, deren Innenraum über eine flexible Leitung 51, auf die weiter unten näher eingegangen wird, mit der durch ein Pitotrohr oder ein entsprechendes Instrument gebildeten Quelle des Gesamtdruckes verbunden ist, so daß ihre Deformationen dem dynamischen Überdruck entsprechen. Ein an die Kapsel 22 angelenkter Schwingarm 39 kann mit seinem mit einem Ring versehenen Ende auf einem Stab 40 gleiten, der an einer Achse 38 befestigt ist, die über einen Zahnkranz 44 und ein Ritzel 45 die Welle 46 verdreht. Auf den Schwingarm 39 wirkt ein auf der Welle 26 befestigter Nocken 41. Ein Federblech 72 preßt den Schwingarm gegen den Nocken.

Die Funktion dieses Mechanismus wird einem klar, wenn man sich verdeutlicht, was geschieht, wenn sich die Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges bei konstanter Flughöhe erhöht. Der statische Druck und damit die Lage des Nockens 41 bleiben konstant, während sich der dynamische Überdruck erhöht und folglich die Kapsel 22 ausdehnt, die über den Mechanismus 39, 40 und das Getriebe 44, 45 die Welle 46 und damit den Nocken 42 um einen Betrag verdreht, der der Erhöhung der Machzahl entspricht. Erhöht sich dagegen die Flughöhe bei konstanter Geschwindigkeit, bleibt die Kapsel 22 undeformiert, während sich die Kapseln 24 und 25 ausdehnen, so daß sich der Nocken 41 dreht und über ein Profil bewirkt, daß der auf die Welle 38 wirkende Hebelarm des Stabes 40 vergrößert wird, so daß bei gleicher Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges und damit bei gleicher Ausdehnung der Kapsel 22 sich die Welle 46 verdreht und eine der größeren Höhe entsprechende größere Machzahl anzeigt. Dieser Mechanismus gestattet es, der Welle 46 und folglich dem Nocken 42 eine Lage zu erteilen, die mit guter Annäherung ein Maß für die Machzahl bei allen Höhen ist.

Folglich wird der von der Welle 26, deren Lage ein grobes Maß für die Höhe ist, angetriebenen Ausgangswelle 29 gleichzeitig von dem Nocken 42 über den Satellitenräderhalterahmen 48 eine korrigierende Verdrehung erteilt, so daß die Lage der Welle 29 ein

Claims (1)

1 genaues Maß für die als Funktion der Machzahl korrigierte Höhe ist. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verstellt die Ausgangswelle 29 über ein Getriebe einen Dezimalzähler 19, dessen Ablesewert in Meter Höhe in einem Fenster 16 auf der Skala 15 auf der vorderen Seite des Instrumentengehäuses 11 erscheint. Die Welle 29 kann, wie dargestellt, gleichzeitig einen Zeiger 21 vor einem kreisförmigen Maßstab auf der Skala verstellen, wobei diese Umdrehung des Zeigers einer Höhe von 1000Fuß, d.h. von 300m, entspricht. Um eine Korrektur einzuführen, die dem barometrischen Druck auf dem von dem Luftfahrzeug überflogenen Boden oder dem Boden des Flughafens entspricht, den das Luftfahrzeug anfliegt und auf dem es landen wird, wird der Support 14, auf dem die oben beschriebenen Organe montiert sind, in bezug auf das Gehäuse 11 und die SkalalS um die geometrische Achse der Wellen 26 und 29 gedreht. Zu diesem Zweck ist ein fest mit dem Support an seinem hinteren Ende versehener Zahnkranz 74 vorgesehen, der mit einem Ritzel 75 im Eingriff steht, das über eine Welle 64 von einem auf der Skala des Instrumentes angeordneten Drehknopf 61 verdreht werden kann. Die Welle 64 verstellt gleichzeitig über eine Korrekturvorrichtung 62 und ein Winkelgetriebe 64, 65 einen Dezimalzähler 20, dessen Anzeigewert, der in dem Fenster 18 der Skala 15 erscheint, dem eingestellten barometrischen Druck, z. B. in Millimeter Quecksilbersäule, entspricht. Die Einschaltung des Korrekturmechanismus 62 ist erforderlich, da zwischen dem Druck und der Höhe eine nichtlineare Beziehung besteht. Eine bestimmte Verstellung des Zählers 20, die einem gegebenen barometrischen Druck (in Millimeter Quecksilbersäule) entspricht, hat also eine bestimmte Verdrehung des Supportes 14 zur Folge, die der dem genannten Druck entsprechenden Höhe (in Meter) proportional ist. Die Korrekturvorrichtung 62 hat die Form eines Differentialmechanismus mit einem Korrekturnocken, der in seiner Wirkungsweise etwa dem oben beschriebenen Differentialmechanismus 28 mit dem Nocken 42 entspricht. Der Mechanismus umfaßt ein Differentialgetriebe, dessen erstes Eingangselement von der Welle 64 verstellt wird und dessen zweites Eingangselement unter Wirkung des eine geeignete Kurvenform aufweisenden Nockens 76 um geringe Beträge verdreht wird. Folglich wird der Navigator vor oder während des Fluges den Knopf 61 betätigen und im Fenster 18 den Wert des Druckes in Bodenhöhe des Bestimmungsflughafens einstellen, und zwar vorzugsweise nach Radiomeldungen, da dieser Wert nicht nur von der Höhe des Flughafens, sondern auch von den dort herrschenden meteorologischen Bedingungen abhängt. Durch diese Verstellung werden der Support 14 und der von ihm getragene Mechanismus, d. h. auch die Welle 29 und der Zeiger 21 verdreht. Von diesem Zeitpunkt an geben die auf dem Instrument angezeigten Werte (die in dem Fenster 16 erscheinenden Ziffern des Zeigers 19 und die Lage des Zeigers 21) dem Piloten den genauen Wert der Höhe des Luftfahrzeuges über dem Boden. Die Verdrehung der von dem Support 14 getragenen Elemente führt zu gewissen Schwierigkeiten bei der Verbindung des Inneren der Kapsel 22 für 643 den dynamischen Überdruck mit dem Pitotrohr oder einem anderen Instrument zur Messung des Gesamtdruckes. Diese Schwierigkeit wird durch die im folgenden beschriebenen Mittel überwunden. Mit der Kapsel 22 ist ein elastisches Rohr 51, das schraubenförmig gewickelt ist, verbunden. Die hintere Endfläche des Supportes 14 trägt auf ihrer Außenfläche eine zylindrische Zwinge 54, die mit einer Verlängerung 56 versehen ist, welche leicht reibend in der koaxialen Verlängerung 58 einer anderen zylindrischen Zwinge 55 gleitet, die an der Hinterwand des Gehäuses 11 befestigt ist. Diese beiden Elemente bilden somit eine Art von Trommel, bei der der Kern und eine der Seitenwände (die auf der Seite des Gehäuses 11) fest sind, während die andere Seitenwand und der zylindrische Flansch der Trommel sich mit dem Support 14 drehen. Auf dieser Trommel ist das elastische Rohr 51 in mehreren schraubenförmigen Windungen aufgewickelt. Der Anfang der ersten Windung ist an dem Support 14 mit einer Spange oder Klammer 54 befestigt. Das Ende des Rohres 51 ist in eine hohle Verlängerung der festen Zwinge 55 eingeführt, die eine Verbindung zur Außenseite des Gehäuses 11 bildet. Hieran ist dann eine weitere, nicht dargestellte Leitung zu der Quelle des Gesamtdruckes angeschlossen. Die soeben beschriebene Vorrichtung erfüllt zwei Zwecke: einmal gestattet sie es, auf eine rotierende dichte Verbindung zwischen dem Inneren der Kapsel 22 und der Umgebung des Instrumentes zu verzichten, und zum anderen bildet der auf der Trommel 54, 55 aufgewickelte Teil des elastischen Rohres eine Schraubenfeder, die das Winkelspiel in der Antriebsverbindung des verdrehbaren Supportes 14 aufnimmt. Bei der Verwendung eines üblichen elastischen Rohres, das mit etwa 20 Windungen um einen Flansch 56 von 20 mm Durchmesser gewickelt ist, ergibt sich eine Feder, die in zufriedenstellender Weise das Getriebespiel aufnimmt und eine ausreichende Dämpfung sicherstellt, die dem Support 14 eine Rotation von mehr als 2Va Umdrehungen in bezug auf das Gehäuse 11 gestattet. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Ermittlung eines aerodynamischen Faktors, z. B. in Luftfahrzeugen, der von der Messung des statischen Atmosphärendruckes abhängt, wie Höhe, Grad der Höhenänderung bzw. Vertikalgeschwindigkeit und Luftgeschwindigkeit, wobei die Wirkung von auf aerodynamische Erscheinungen zurückgehenden Fehlern bei dieser Messung eliminiert wird, mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer ersten, den genannten Faktor darstellenden variablen Größe, die von dem fehlerhaften statischen Druck abgeleitet ist und einen ersten Näherungswert des genannten Faktors darstellt, einer Einrichtung zur Erzeugung einer zweiten variablen Größe aus der Feststellung der Machzahl, die den auf den Fehler bei der Messung des statischen Druckes zurückgehenden Fehler in dem genannten Faktor bei der gerade gemessenen Machzahl darstellt und mit einer die zweite und die erste Größe algebraisch addierenden Einrichtung zur Erzeugung einer dritten variablen Größe, die den korrigierten Wert des genannten Faktors darstellt, wobei die Einrichtungen, einschließlich der zur Feststellung der Machzahl mit einer dyna-